LiCl-KCl熔盐La^3+在钨电极上的电化学还原机理

以LiCl-KCl为电解质体系,LaCl3为原料,利用循环伏安法、计时电位法和计时电流法研究773K时镧离子在钨电极上的电化学还原过程。结果表明,在773K、50%KCl-50%LiCl-2%LaCl3的熔盐体系中,镧离子在钨电极上还原是一步转移3个电子反应(La^3++3e→La),相对于Ag/AgCl电极析出电位为-2.05V;镧在钨电极析出过程中出现成核极化现象,且通过循环伏安和计时电流法可判断镧离子在钨电极上的析出还原过程为受扩散控制的准可逆反应,扩散系数D=6.36×10^-5 cm^2/s。     

铜在LiCl-KCl熔盐中的电化学行为研究

采用循环伏安、方波伏安、计时电位及线性扫描伏安法研究了500℃时Cu(Ⅰ)在LiCl-KCl熔盐体系中石墨电极和钼电极上的电化学行为,并且研究了不同CuCl浓度下铜的沉积电位。结果显示,铜离子在熔盐中的还原过程分两步进行,分别在-1.05 V和-1.55 V处依次还原,即Cu(Ⅱ)→Cu(Ⅰ)和Cu(Ⅰ)→Cu(0)。通过循环伏安及计时电位测试,均得出Cu(Ⅰ)在LiCl-KCl熔盐中的阴极还原过程为受扩散控制的准可逆过程,扩散系数分别为1.79×10-5 cm2/s和1.26×10-5 cm2/s。     

LiF-SrF2-SrO熔盐体系中Sr2+电化学行为的研究

在电化学工作站AUTOLAB 上采用三电极体系以循环伏安法、计时电流法和计时电位法研究了LiF-SrF2-SrO熔盐体系于1253 K温度下锶在钨电极上的电化学还原过程及其控制步骤.研究结果表明：Sr2+在钨电极上的还原过程是一步得两个电子的准可逆反应,析出电位在-1.0 V 附近.阴极过程受离子的扩散步骤控制,计算得出扩散系数为6.07×10-5 cm2/s.     

NaCl-KCl-MgCl2熔盐Mg2+在钨电极上的 电化学还原机理

采用三电极在NaCl-KCl熔盐电解质体系,以MgCl₂为原料应用AUTOLAB电化学工作站分别通过循环伏安法、计时电流法、计时电位法研究了1 073 K时NaCl-KCl-MgCl₂熔盐体系中Mg2+在钨电极上的电化学还原过程.循环伏安测试结果表明:1 073 K时NaCl-KCl-MgCl₂熔盐体系中Mg2+在钨电极上的电化学还原是1步反应转移2个电子过程,电极反应受扩散控制,扩散系数为3.81×10-6 cm2/s,电极反应为Mg2++2e-→Mg.计时电位测试结果验证了循环伏安测试结果的正确性.计时电流测试数据拟合结果表明:1 073 K时NaCl-KCl-MgCl₂熔盐中Mg2+在钨电极上的电结晶是瞬时成核方式.      

LiF-CaF2-BaF2-ZrO2熔盐中Zr4+在钨电极上的电化学还原机理

以LiF-CaF₂-BaF₂为熔盐体系, ZrO₂为原料, 1 373 K条件温度下利用循环伏安法, 计时电位法, 计时电流法, 研究锆离子在钨电极上的电化学过程,对不同ZrO₂含量0.5 %,0.7 %,0.9 %的熔盐体系进行电化学分析,研究结果表明:Zr4+在钨电极上还原是通过两步得电子反应, 即Zr4++2e→Zr2+,Zr2++2e→Zr,相对参比电极铂还原峰分别为0.9 V和1.2 V,析出过程是受扩散控制的准可逆反应. 1 373 K时Zr4+在LiF-CaF₂-BaF₂-ZrO₂熔盐中的扩散系数D为6.7×10-6 cm2/s.      

NaCl-KCl-NaF-WO3熔盐体系W6+ 的电化学行为

实验以NaCl-KCl-NaF为电解质体系，WO₃为原料，利用循环伏安法、计时电位法、计时电流法和方波伏安法, 研究温度为973 K时钨离子在钨电极上的电化学过程.结果表明:W（Ⅵ）离子的还原过程分2步进行，第1步还原过程为两电子转移，电极反应方程式为W6++2e-→W4+; 第2步还原过程为四电子转移过程，电极反应方程式为W4++4e-→W，且都为准可逆反应. W（Ⅵ）离子在钨电极上的还原过程受扩散控制，扩散系数为1.05×10-9 cm2/s.      

NaCl-KCl-CaCl_2熔盐体系中Mg~(2+)在Mo电极上的阴极过程

采用钼电极,在973K的温度下,研究了MgCl2在三元NaCl-KCl-CaCl2熔融氯化物混合物中的电化学行为。采用方波伏安法(SWV)、循环伏安法(CV)、计时电流法(CA)和计时电位法(CP)研究Mg~(2+)在钼电极上的反应过程。结果表明,Mg~(2+)在钼电极上发生一步还原反应(Mg~(2+)+2e=Mg),是由扩散控制的可逆反应,镁在钼电极上的成核过程是瞬时成核,这与半球核的形成和生长机制是一致的。通过CV、CP和CA在973K的不同方法计算的Mg~(2+)扩散系数分别为1.09×10-5、1.24×10-5和3.23×10-5 cm2/s。在给定电位下阴极沉积产物为金属镁。     

金属锂在LiCl-KCl熔盐体系中的溶解过程

利用等温饱和法研究了温度对金属锂在LiCl-KCl熔盐体系中溶解度的影响。采用W电极,利用电流反向计时电位法和方波电流法研究了电流密度、LiCl含量对金属锂在熔盐中溶解速率的影响,并研究了极化对金属锂溶解速率的影响。结果表明,金属锂在LiCl-KCl中的溶解度随温度的升高而增大,在熔盐中的溶解反应为吸热反应,金属锂的溶解速率不受电流密度的影响,随LiCl含量的增加先增大后减小,溶解速率受熔盐体系黏度的影响较大。极化对金属锂溶解没有影响,锂的溶解没有电化学特性。     

LaCl3-KCl熔盐体系物化性质研究

合理选择熔盐体系在电解法制备稀土金属工业生产过程中至关重要。文中采用阿基米德法、拉筒法和连续变电导池常数法（CVCC）测定了不同配比的LaCl₃-KCl熔盐在1 073~1 223 K下的密度、界面张力和电导率。结果表明,随着温度升高,相同成分的LaCl₃-KCl熔盐的密度（ρ）和界面张力（σ）均呈降低趋势,而电导率（κ）逐渐增大;在相同温度下,随着LaCl₃含量增加,LaCl₃-KCl熔盐的密度和界面张力均逐渐增大,而电导率逐渐减小。通过拟合获得密度、界面张力以及电导率的经验公式分别为ρ=a-b×T×10-3、σ=a-b×T×10-3、κ=A+B×T×10-3+C×T2×10-6,明晰了熔盐的物化性质随温度及组分的变化规律,为熔盐电解法制备镧及其镧合金提供科学依据。      

NaCl-KCl-LaCl_3熔盐La~(3+)在钨电极上电化学还原

采用NaCl-KCl作为电解质体系,以LaCl_3作为原料,控制温度在1073 K时,采用循环伏安法(CV)、方波伏安法(SWV)、计时电位法(CP)等电化学研究方法来研究在钨电极上La~(3+)的电化学行为。研究结果表明,镧离子在钨电极上的电化学还原反应是一步转移三个电子,电极反应式为La~(3+)+3e→La;计时电流以及循环伏安均可证明镧离子在钨电极上的还原过程受扩散控制,扩散系数为6.87×10~(-5) cm~2·s~(-1)。     

LiCl-LiF熔盐中Li_2CO_3在钨电极上的电化学行为

680℃、LiCl-LiF纯锂盐体系,以Li_2CO_3为原料熔盐电解法制备金属锂。采用电化学方法(循环伏安、计时电位法)分析了Li_2CO_3在钨丝工作电极上的电化学行为。金属锂在钨丝电极上的还原为一步得电子可逆反应过程,在氯气析出峰前的氧化峰为加入Li_2CO_3所致,Li_2CO_3在电场作用下分解成氧化锂和二氧化碳,氧离子在氯气析出峰前放电生成氧气。往LiCl-LiF熔盐体系加入1%Li_2CO_3使锂离子的扩散系数由1.98×10~(-8) cm~2/s减到0.82×10~(-8 )cm~2/s,最小还原电流密度由0.28A/cm~2增加到0.59A/cm~2,且锂离子在钨丝电极上的电化学还原过程由扩散环节控制。     

KCl-NaCl-NaF-SiO_2熔盐体系中硅离子的还原机理研究

在KCl-NaCl-NaF-SiO2熔盐体系中,以铂丝为参比电极、研究电极,高纯石墨坩埚为辅助电极,采用循环伏安法和计时电位法对硅离子的还原机理进行了研究,结果表明此电化学反应为扩散控制的不可逆电极过程;求得硅离子在熔盐中的扩散系数D=1.33×10-3cm2/s(CSi4+=1.21×10-4mol/cm3,T=1 073 K)。     

熔盐电沉积硅的基础研究

在FLINAK-Na2SiF6熔盐体系中,以Pt为参比电极、硅钢片为工作电极、石墨为辅助电极,在750℃下,用循环伏安法和计时电位法对Si4+的电化学反应机理和扩散系数进行了研究。结果表明:该熔盐体系进行电沉积硅是可行的,该体系中硅离子的还原为扩散控制的可逆电极过程,且产物不可溶;整个还原过程为Si4++4e→Si0;该熔盐体系中阴极电位不应负于-2V,否则会有Na沉积出来,从而影响沉积层质量;Si4+的扩散系数为:D=5 42×10-11m2/s(C=2 58×103mol/m3)。     

熔盐电解精炼锆的工艺研究

研究了不同配比的NaCl-K2ZrF6熔盐体系的熔点,K2ZrF6:NaCl=3:7的熔点较低为721℃.在此基础上,研究了熔盐配比、阴极电流密度、电解温度等因素对NaCl-K2ZrF6熔盐体系电解精炼电流效率的影响,结果表明阴极电流密度、电解温度均与电流效率成反比.采用XRD及元素含量分析等方法研究了电解精炼产品质量.较佳的工艺条件为K2ZrF6:NaCl为3:7(%,质量分数),温度800℃,阴极电流密度1 A·cm-2,在此条件下,电流效率可达84%以上.阴极锆为合格的工业级锫产品,产品中Fe,Ni,Cr,Mn等杂质分别由2700×10-6,540×10-6,350×10-6,400×10-6降低到30×10-6,10×10-6,18 ×10-6,100×10-6以下,产品纯度达到99%以上.     

锌在新型低温熔盐中的绿色电沉积

合成、表征了氯化胆碱/尿素型低温熔盐,以此为溶剂研究了氧化锌在其中的溶解过程、离子组成、以及锌的电化学还原反应规律,分析了温度、电位、离子浓度对锌沉积物的形貌、晶型和纯度的影响。研究表明,当溶液中Zn(Ⅱ)的浓度为0.3~0.5mol/L时,可在313.2~343.2K、-0.3~-0.6V下获得平整、致密、均一的锌沉积层,此时其在铜基体上沿着(002)晶面优先生长。该技术不仅提高了锌镀层的质量和纯度,也有望扩展到锌精炼、锌合金和功能锌材料的制备等领域。     

电化学原位拉曼光谱技术在高温熔盐中的应用

综述了熔盐电化学原位拉曼光谱用样品池结构及特点、熔盐电化学原位拉曼光谱的研究进展。所用样品池主要以配合90°拉曼散射模式研究为主,且样品池通常都通入惰性气体。研究中主要采用恒电流/恒电位电解的电化学方法,研究内容涉及到在氯化物熔盐中电解还原金属铝、汞、镉和钽的阴极行为,(Li-K)CO₃和Li₂CO₃燃料电池中氧的还原,在以金属铝为阳极的高能熔盐电池中I₂在AlCl₃-NaCl熔盐中的电化学过程,钠-硫电池放电过程中S元素在AlCl₃-NaCl熔盐中的行为,Y₂O₃稳定的ZrO₂(YSZ)氧离子导体在Na₂SO₄熔盐中的电化学腐蚀,以及不同电位条件下熔融KNO₃、NaNO₃与铂电极界面的熔盐结构变化。最后,展望了熔盐电化学原位拉曼光谱的研究发展方向。     

熔盐电解中钛离子电化学沉积行为研究

对熔盐电解提钛工艺中钛离子的电化学沉积行为进行研究,首先通过调整TiCl_4和海绵钛的比例在NaClKCl熔盐中反应制备出不同电解质组分,然后在制备的电解质体系中研究钛离子的电化学沉积行为。低价钛电解质组分的XRD分析结果表明,在993 K的NaCl-KCl熔盐中,当TiCl_4与Ti摩尔比为1∶2时,反应产物主要为2价的TiCl_2,电解质形成NaCl-KCl-TiCl_2体系;当摩尔比为2∶1时,反应产物主要为2.57价的TiCl_2和K_3TiCl_6,电解质形成NaCl-KCl-TiCl_2-K_3TiCl_6体系。两种电解质体系的循环伏安研究结果表明,NaCl-KCl-TiCl_2体系中钛离子的还原历程为Ti~(2+)→Ti,主要受扩散影响,扩散系数为2.93×10~(-5)cm~2/s,而NaCl-KCl-TiCl_2-K_2TiCl_6体系中钛离子还原历程为Ti~(3+)→Ti~(2+)和Ti~(2+)→Ti两步。钛离子电化学沉积产物的SEM分析结果表明在NaCl-KCl-TiCl_2体系中,得到的钛粉产物呈现大颗粒的枝晶状,随着电流密度增大和钛离子浓度减小,钛粉产物颗粒逐步变细;而在NaCl-KCl-TiCl_2-K_2TiCl_6体系中获得产物为细颗粒的多孔状钛粉。     

熔盐电解制备Al-Cu-Y合金电解质 体系黏度的研究

采用旋转法测定了熔盐电解制备Al-Cu-Y合金的电解质体系Na₃AlF₆-AlF₃-LiF-MgF₂-Al₂O₃-CuO-Y₂O₃在温度900~1 000 ℃范围内的黏度,通过分析数据研究温度及Al₂O₃、Y₂O₃、CuO添加量对熔盐黏度的影响,确定了温度、熔盐组分和黏度之间的关系.结果表明:在温度900~1 000 ℃范围内,体系随温度升高,黏度减小;随Al₂O₃、Y₂O₃、CuO的含量增大,黏度增大;在900~1 000 ℃范围体系黏度（η）随温度（T）以及氧化物的含量W_Al2O3、W_Y2O3、W_CuO符合回归方程η=0.075-6.49×10-5T+3.7×10-4W_Al2O3+5.73×10-4W_Y2O3+6.78×10-4W_CuO.      

可溶阳极TiC_xO_y熔盐电解试验研究

研究了自制钛可溶阳极Ti CxOy(x≈0.50,y≈0.50)在简单氯化物(Na Cl-KCl)熔盐体系、低价钛离子浓度为3.5%的(Na Cl-KCl-Ti Clx)熔盐体系中的电化学溶解行为,同时考察了相应体系下的阴极行为。结果表明,在上述两种熔盐体系中,阳极Ti CxOy(x≈0.50,y≈0.50)均能发生电化学溶解。在简单氯化物熔盐体系中不利于得到阴极产物;在含低价钛离子的熔盐体系中有利于阴极产物的稳定得到,阳极的电流效率能够稳定在50%以上(以三价钛放电计算),阳极的溶解率从简单氯化物(Na Cl-KCl)熔盐体系中的80%左右下降到50%。     

熔盐电解制备Mg-Ce中间合金电化学过程研究

通过循环伏安法(CV)、方波伏安法(SWV)和开路计时电位法(OCP)研究了温度为973 K时KCl-NaCl-CeCl₃-MgCl₂四元熔盐体系中Mg(Ⅱ)和Ce(Ⅲ)在钨电极上的电化学行为以及合金化过程。根据电化学分析的结果,以钨丝为工作电极,石墨棒为辅助电极,于-2.1 V(vs.Ag/AgCl)恒电位电解12 h制取Mg-Ce合金。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对电解所得合金的组成以及元素分布进行表征,结果表明合金的基底相为Mg₁₇Ce₂,第二相为Mg₃Ce。